基于核心概念的課程實踐教學設計

黃美根，周 鑫，何 華，王彥鋒，龔 碧，王 濤

（1.國防科技大學系統工程學院，湖南 長沙 410073；2.國防科技大學教學考評中心，湖南 長沙 410073）

0 引言

隨著我國核心素養教學改革的蓬勃發展，培養學生對復雜問題的綜合解決能力已成為本輪教學改革的重要著力點[1-4]。實踐教學作為能力培育的重要方式，受到日益廣泛的關注與重視。實踐教學通常指基于一定的實踐教學環境，以課程理論知識為牽引，開展以學員為中心的自主問題發現、探索和解決的創新性能力培養教學活動[5]。但是，縱觀本科課堂，目前大學生開展課程實踐教學普遍存在學生主動性、探索性、創造性不足的現象，實踐教學效果仍有較大提升空間[6]。究其原因，除學生受中學階段應試教育的持續影響外，另一重要方面則來自教師群體：一是課程理論教學內容如何有機融入實踐教學？二是復雜問題解決能力如何從實踐教學中產生？因此，課程實踐教學需要教師進行體系化設計與創新。

在高等教育發達國家，加強STEM（科學Science、技術Technology、工程Engineering和數學Mathematics）教育是提升教育教學質量的一條有效途徑，也是培養大學生核心素養和復雜問題解決能力的有效路徑[7-9]。其中，“科學”重在問題分析、“技術”提供方法手段、“工程”支撐應用實踐、“數學”奠定求解理論基礎。盡管STEM為復雜問題解決能力培養提供了較好的理論框架，但在實際操作過程中，對一門具體課程而言，如何為核心素養培育提供支撐，需要有落地的抓手。

核心概念逐漸成為這樣一個抓手，圍繞課程核心概念設計課程實踐教學，能夠有效提升學生的設計推理和探索創新能力，該觀點得到了密歇根州立大學（MSU）等系列研究成果的支持[10]。核心概念通常是指對某一學科發展具有重要意義且能夠將學科內知識成體系聯結的少量關鍵概念[11]。本質上，核心概念之所以能夠提升課程實踐教學的成效，主要利益于核心概念有利于課程知識的整合，能夠促進學生建立連貫有效的知識結構和系統的知識體系，有助于學生思維的縱深發展和知識運用能力的培養與遷移實踐應用。

由核心概念的關鍵性可知，課程教學內容中必然還存在大量“非核心概念”。因此，如何通過持續的課程教學，使學生堅實地掌握核心概念的相關知識及其衍生的核心能力，成為擺在教師面前的現實難題。建構主義作為一種較新的教學理論[12]，與“以學生為中心”的教學理念相一致，認為學習是由學習者在自身知識體系框架基礎上，通過自主探索建構出來的，不直接源自教師的傳授。但筆者也認為，“以學生為中心”的教學理念需要與“以教師為主導”相配合，只有充分發揮教師的主導作用，才能更好地促進學生的學習成效。因此，以核心概念建構為目標，通過引導學生漸近構建相關“非核心概念”，是建構主義理論的現實運用。類似地，學習進階理論也是這樣遵循這樣一種漸進的教學路線，通常呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列[13]。

1 核心素養指向的概念體系分析

核心素養（Key Competencies）起源于1997年經濟合作與發展組織（OECD）發起的“素養的界定與遴選：理論和概念基礎”（DeSeCo）項目。本質上，核心素養是應對21世紀巨大社會變革在教育領域深遠影響的產物。通常認為，核心素養可分為跨學科核心素養和學科核心素養，前者指超越于學科知識的綜合性能力與態度等，后者則更多聚焦于某一學科內的核心知識與關鍵能力。

從核心素養出發，我們將學科、課程的概念從宏觀至微觀，可劃分為共通概念、大概念、核心概念、一般概念和具體概念，且依次具有包含與衍生關系，給出核心素養指向的概念體系如圖1所示。其中，前兩者通常對應跨學科核心素養，而后三者則可認為位于學科核心素養培育范疇。

圖1 核心素養指向的概念體系

共通概念是指跨學科間的基礎聯系[14]，通常能夠在多個學科中找到觀念上對應的相通概念，類似于哲學之于自然科學。例如，“管理”可以認為是共通概念，其在生物體、計算機系統和社會系統中均具有相通概念。大概念是共通概念的細化，其也是跨學科的，但不同的是，大概念是多個學科在實踐上具有統一性的產物[15]。“系統優化”是“管理”的下位概念，在計算機學科、系統科學學科中延伸有明確的實踐方法和工具，如內存管理策略、預測控制模型等。

在學科核心素養層面，核心概念是大概念在學科內的具體承載，課程核心概念是學科核心概念的進一步細化。因此，核心概念既是學科知識體系的樞紐，也是課程知識體系的重心。例如，“系統評價”即是“系統優化”在系統工程類課程下的核心概念，科學的“系統評價”是開展“系統優化”的重要前提與基礎。相對于課程核心概念，課程中的“非核心概念”可稱為一般概念，對一般概念的細化稱為具體概念。“系統評價”核心概念可衍生出“戰技指標”等一般概念，還可進一步細化為“性能指標”等具體概念。

綜上可以發現，觀念層面的共通概念更多源自對實踐的認知，而具體概念相對核心素養而言又過于專業。故而我們認為“大概念—核心概念—一般概念”形成的概念體系“內核”是課程教學內容的核心，也應是教學設計的重心。其中，核心概念作為承上啟下的主體，是整體概念體系的樞紐聯結，其對上承接跨學科的大概念，對下延伸至課程中的一般概念，更應作為教學設計的重中之重。

2 課程核心概念提取

核心概念的地位作用，可以總結為“主導課程理論教學的基礎、牽引課程實踐教學的龍頭”。因此，提取課程核心概念就顯得至關重要。但是，核心概念因課程而異，既要“接地氣”的考慮課程教學目標、教學內容及所選用教材，還要“上檔次”地站在核心素養、復雜問題綜合解決能力等更高層面進行思考把握。此處，以筆者講授的“裝備系統工程”課程為例，給出“系統評價”核心概念的相關核心概念和細化設計如圖2（P160）所示。

圖2 課程核心概念細化——以“系統評價”為例

“裝備系統工程”課程圍繞裝備系統和系統工程的交叉展開，旨在使學生理解和掌握有關裝備系統論證、研制和驗證的有關知識與能力。與系統評價密切相關的核心概念包括系統功能、系統設計和系統試驗，系統功能和系統設計是開展系統評價的依據，而系統評價是裝備能夠開展系統試驗的必備前提。進一步，圍繞如何開展裝備系統的系統評價工作，學生需要掌握戰技指標、關聯分析、權重配置、風險分析、方案綜合等系列一般概念。相應地，一般概念又可細化為操作層面的具體方法與工具，如權重配置可進一步分為主觀賦權、客觀賦權和主客觀相結合的綜合賦權等具體概念。

為對提取的課程核心概念進行驗證，運用人工智能手段，對課程教材《裝備系統工程概論》開展詞云分析，給出教材詞云分析結果如圖3所示。

圖3 課程教材詞云分析圖

由分析結果可知，在課程教材中出現次數最多的詞語包括“試驗、目標、功能、系統、需求、設計、分析、評價（含評估）”等，與所提取核心概念“系統功能、系統設計、系統評價、系統試驗”具有較高的一致性。同時，相應地一般概念如“戰技指標、方案綜合”等也在詞云圖中有所體現。此外，“系統需求、系統目標”在本課程中被納入系統功能分析的范疇，即系統功能是系統需求和系統目標派生的產物，因而沒有作為核心概念。

3 核心概念實踐教學模式設計

面向復雜問題綜合解決能力培養目標，通過將能力培養需求融入實踐教學問題，創新提出“案例自主演化”和“概漸次建構”雙輪驅動的實踐教學模式，具體如圖4所示（P162）。

圖4 核心概念實踐教學模式設計

“案例自主演化”以實踐問題案例為起點，基于學生興趣驅動的自主選擇，案例逐漸演化為多個分支，進而促使學生在不同分支上探索創新，并最終形成實踐問題的綜合解決方案。因此，該步驟既遵循“以學生為中心”的教學理念，同時又突出學生的自主選擇、演化探索和實踐創新。“概念漸次建構”聚焦實踐教學的核心概念，通過將核心概念派生的一般概念和具體概念融入實踐問題各個環節，通過問題求解的不斷深化，漸次掌握不同一般概念和具體概念，進而建構出完整的核心概念。

仍然以“系統評價”核心概念牽引的實踐教學為例，給定某型裝備設計需求，學生基于裝備通用數據庫資源，結合個人或團隊興趣自主選擇評價維度——戰技指標，即在整個班級中形成多個戰技指標組合。通常，這些指標組合往往不完全相同。隨后，面向選定的戰技指標組合，學生自主開展備選方案的設計與研究。形成多個備選設計方案后，開展指標關聯分析、指標權重配置及風險分析等方法實踐，并基于實踐及其評價結果，綜合形成最終的設計方案。因此，自主選擇戰技指標與研提備選設計方案是“案例自主演化”的關鍵步驟，而步驟3-6則為“概念漸次建構”的主體步驟。此外，該教學模式還具有特殊的“副作用”，即能夠在一定程度上防止學生的抄襲現象，因為戰技指標組合的微小差異會導致設計方案的千差萬別。例如，給定手槍裝備設計需求，選擇有效射擊距離指標的學生最終給出了狙擊槍的設計方案，而選擇復雜環境適應性指標的學生則設計出了水下特種手槍。

綜上，核心概念是課程實踐教學的有用工具，既能夠為教師開展實踐教學提供有益的內容與模式設計參考，也能夠有效提升學生參與實踐教學的主動意識、探索精神和創新能力。最為重要的是，基于核心概念的課程實踐教學是對復雜問題綜合解決能力培養的一次嘗試，以期為核心素養教學改革提供有效借鑒。